Ley de Faraday: Inducción electromagnética

Marco teórico

Magnetismo -Los imanes. Un imán es una materia capaz de producir un campo magnético exterior y atraer al hierro (también puede atraer al cobalto y al níquel). Los imanes que manifiestan sus propiedades de forma permanente pueden ser naturales, como la magnetita (Fe3O4) o artificiales, obtenidos a partir de aleaciones de diferentes metales. En un imán la capacidad de atracción es mayor en sus extremos o polos, estos polos se denominan norte y sur, ya que tienden a orientarse según los polos geográficos de la Tierra. La región del espacio donde se pone de manifiesto la acción de un imán se llama campo magnético. Este campo se representa mediante líneas de fuerza, que son imaginarias, cerradas, que dan del polo norte al sur, por fuera del imán y en sentido contrario en el interior de éste; se representa con la letra B. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas debidas al movimiento de los electrones que contienen sus átomos, cada una de ellas origina un microscópico imán o dipolo. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; en cambio si todos los imanes se alinean actúan como un único imán y en ese caso decimos que la sustancia se ha magnetizado. Imantar un material es ordenar sus imanes atómicos y se transmite a distancia y por contacto directo Los imanes tienen dos polos magnéticos diferentes llamados norte y sur. Si enfrentamos los polos Sur de dos imanes esto se repelen, y si enfrentamos el polo sur de uno con el polo norte de otro se atraen. La atracción o repulsión entre dos polos magnéticos disminuye a medida que aumenta el cuadrado de las distancia entre ellos.

Objetivo

Basado en los experimentos de Faraday, realizar un modelo que nos permitan demostrar la generación de una corriente eléctrica inducida a partir de un campo magnético y comprobar de manera cualitativa la generación de electricidad y ver los efectos de esta corriente inducida.

Problema

Nosotros al igual que Faraday, nos preguntamos lo siguiente: ¿un campo magnético que pasa a través de un conductor generará una corriente eléctrica? De igual manera, al momento de ver los efectos de dejar caer un imán en el núcleo de una bobina de aluminio con alambre de cobre, nos preguntamos por qué el imán interactúa con la bobina si ni el aluminio ni el cobre son metales férricos, además, ¿qué es lo que retrasa la caída del imán cuando cae por la bobina?

Desarrollo

Diseño del sistema

Materiales

-Para elaborar la bobina

• 1 kg de alambre magneto de cobre calibre 16. • 1 Segmento de tubo de aluminio de 1 ¼ pulgadas de diámetro. -Para comprobar la hipótesis • 1 imán de 10000 Gauss. • 1 multímetro digital. • 1 par de caimanes.

-Otros

• Tijeras, pinzas, segueta, lija • Regla, escuadras.

Montaje del sistema

1. Las bobinas fueron conectadas a un caimán por los extremos.2. Estos a su vez se conectaron al multímetro.

Experimentación

Utilizando un tubo de aluminio y alambre magneto se realizaron tres bobinas dobles de 90 vueltas cada una. El experimento consistió en dejar caer un imán en el interior del tubo de aluminio que no se encuentra enrollado con alambre de cobre y se midió el tiempo que tardaba en llegar al otro extremo. Se conectó el tubo de aluminio

(bobina) que tiene tres bobinas hechas de alambre de cobre por cada extremo al multímetro para observar en un multímetro la corriente eléctrica. Se dejo caer el imán dentro de ella, y se calculó el tiempo que tardaba en llegar al otro extremo. Se repitió este mismo proceso sólo que esta vez se ató el imán a un hilo para dejarlo caer lentamente, se observo la variación en la cantidad de corriente eléctrica medida en un multímetro.

Resultados

Electricidad

Cuando el amperímetro está en la escala de 2000μA las lecturas son fluctuantes, sin embargo van de aproximadamente 1- 139μA Cuando el amperímetro está en la escala de 20mA las lecturas, igual son fluctuantes y van de los .01 al 1.15 mA aproximadamente Cuando el amperímetro está en la escala de 200mA las lecturas en el amperímetro son varias pero van del .1 a 3.3mA Sin embargo cuando el amperímetro está en la escala de 5 A no logra detectar la corriente eléctrica debido a que la escala es muy alta.

Análisis e interpretación de resultados

Debido al tiempo que tarda en recorrer el imán toda la bobina se puede apreciar que se opone el campo magnético de la bobina al del imán. Se produjo una corriente eléctrica observable, pues hubo una variación desde 0 hasta 2000μA en el multímetro Esta corriente eléctrica generada a su vez crea un campo magnético que se opone al campo magnético del imán de neodimio retardando su caída y haciéndolo girar al momento de caer, respondiendo, así, a la afirmación que Faraday hace: una corriente eléctrica puede generar magnetismo y viceversa; asimismo, Se denota que si el flujo es constante, la corriente desaparece, es decir, cuando no hay un cambio en el estado inicial de la bobina, o sea cuando no hay ninguna variación tal como el movimiento de la caída del imán en su interior, no es posible que se genere ninguna corriente, es aquí donde aprovechamos la constante de la gravedad para que actuara como trabajo(o el cambio antes mencionado) en el imán. Aunque el amperaje producido no es lo suficientemente considerable como para ser medido de manera constante, se pueden observar los efectos de la corriente producida en el sistema porque la corriente producida genera un campo magnético. Mientras que el imán al ser soltado sin nada que interactúe con el más que la

fuerza de gravedad cae en un trayecto de .5 m en un tiempo de . 66segundos. Al momento de caer a través de la bobina gracias a la oposición de la corriente, el imán cae.

Conclusiones

El generador logra producir energía en forma de corriente alterna. La corriente generada nos permite observar algunos efectos de la misma sobre el circuito, como generar un campo magnético. Eso confirma que las hipótesis de Faraday están en lo cierto y se puede generar corriente eléctrica por medio de un cable conductor y un campo magnético cuyo flujo magnético varíe a través del conductor, de igual manera comprobamos la ley de Lenz que dice que el flujo de la corriente es contrario a la fuente que la está generando. Estas hipótesis que nos planteamos proponen, también, utilizar como recurso inagotable la aceleración de la gravedad como innovación en el ámbito de gasto energético que tan preocupante problema se ha vuelto en la sociedad del mundo actual.